[实用新型]一种内外联合式姿态控制水下航行器

说明书

本实用新型属于水下运载工具领域，并公开了一种内外联合式姿态控制水下航行器，包括壳体和十字舵、螺旋桨和三个以上的陀螺组件，每个陀螺组件均包括陀螺框架、齿轮机构、第一齿轮驱动电机、双出轴电机和两个陀螺转子，齿轮机构包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮分别通过第一转轴和第二转轴安装在所述陀螺框架，所述第一齿轮驱动电机安装在所述陀螺框架上，所述第二齿轮上安装双出轴电机，双出轴电机的电机轴的两端分别连接一所述陀螺转子；本实用新型通过同时设有十字舵和陀螺组件使得水下航行器在多种工况下对其进行切换控制与联合控制均能保持高效的机动性，且陀螺组件能够输出连续力矩，保障了水下航行器应对各种水下环境的能力。

技术领域

本实用新型属于水下运载工具领域，更具体地，涉及一种内外联合式姿态控制水下航行器。

背景技术

现今，一般情况下水下航行器在设计对自身的姿态控制系统时通常会选用桨和舵作为执行机构。舵在高速机动时进行姿态控制，当速度降低时则利用桨来调整自身的姿态。其具有以下特点：

1)在航行器的机动速度较低时，舵机构将丧失其作用。航行器若仅采用舵作为姿态控制执行机构的话，必须时刻保持自身具有一定的速度，因此这类航行器需要较大半径进行回转，这显然不利于航行器在狭小的空间里进行作业。

2)作为姿态控制执行机构的舵和桨都是靠与流体相互作用产生控制力和控制力矩的，因此姿态控制的实际效果容易受流场影响，在复杂流场的环境下水下航行器姿态控制的精确性较低。

3)虽然采用桨在低速情况下也可以输出控制力矩，但是桨在一定程度上破坏了航行器壳体的完整性，这不利于航行器进行快速机动、也不利于结构承受较大的水深压力；其次，裸露在海水中的桨受海水腐蚀严重；再者，桨只能提供单方向的力矩，若要使航行器能够任意姿态角机动，则需要多个桨协同工作；另外，螺旋桨在工作时还会产生噪音，这对有的航行器(如鱼雷)来说，会对所要求的隐身性能带来十分不利的影响；最后，桨的转动还会破坏航行器周围流场的特性，当作业表面是疏松土壤或作业对象容易受到流场影响时，会对水下航行器的作业产生极为恶劣的影响。特别地，对小构型水下航行器，桨的布置会对设计人员的工作产生阻碍。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种内外联合式姿态控制水下航行器，在水下航行器处于低速或零速的状态下，采用陀螺组件来进行自身的姿态控制，而在高速状态下，水下航行器利用桨和舵辅以陀螺组件用来增加其自身的敏捷性与机动性，保障了水下航行器应对各种水下环境的能力。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种内外联合式姿态控制水下航行器，包括壳体和设置在所述壳体尾部的的十字舵和螺旋桨，其特征在于，

还包括三个以上的陀螺组件，每个所述陀螺组件分别安装在所述壳体内，并且每个所述陀螺组件均包括陀螺框架、齿轮机构、第一齿轮驱动电机、双出轴电机和两个陀螺转子，其中，所述陀螺框架安装在所述壳体的内壁上，所述齿轮机构包括相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，并且所述第一齿轮和第二齿轮分别通过第一转轴和第二转轴安装在所述陀螺框架，所述第一齿轮驱动电机安装在所述陀螺框架上并且该第一齿轮驱动电机的旋转轴与所述第一转轴固定连接，以用于驱动所述第一齿轮转动，所述第二齿轮上设置有电机容纳孔和两个陀螺转子容纳孔，所述双出轴电机设置在所述电机容纳孔处并且此双出轴电机的电机轴的两端分别连接一所述陀螺转子，所述第一转轴和第二转轴平行，所述双出轴电机的电机轴与所述第二转轴垂直。

优选地，所述壳体包括连接在一起的半球形首段、圆柱形中段以及所述尾段，所述圆柱形中段部分用于容纳陀螺组件、电源和控制器，所述电源分别与所述陀螺组件和所述控制器连接，三个以上的所述陀螺组件在壳体内采用分散布置方式，所述半球形首段、圆柱形中段以及尾段分别布置一个以上的陀螺组件。

优选地，当陀螺组件为三个、四个或五个时，它们最终分别形成三棱台、四棱台或五棱台构型。